// 设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构。

// insert(val)：当元素 val 不存在时，向集合中插入该项。
// remove(val)：元素 val 存在时，从集合中移除该项。
// getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有相同的概率被返回。
// 示例 :

// // 初始化一个空的集合。
// RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();

// // 向集合中插入 1 。返回 true 表示 1 被成功地插入。
// randomSet.insert(1);

// // 返回 false ，表示集合中不存在 2 。
// randomSet.remove(2);

// // 向集合中插入 2 。返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
// randomSet.insert(2);

// // getRandom 应随机返回 1 或 2 。
// randomSet.getRandom();

// // 从集合中移除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [2] 。
// randomSet.remove(1);

// // 2 已在集合中，所以返回 false 。
// randomSet.insert(2);

// // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 。
// randomSet.getRandom();

#include "stdc++.h"

/* 哈希表 + 动态数组
*/
class RandomizedSet {
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    RandomizedSet() {}
    
    /** Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element. */
    bool insert(int val) {
        if (dict.find(val) != dict.end()) { // 已经存在
            return false;
        }
        nums.push_back(val);
        dict[val] = nums.size() - 1; // 记住每个val在数组中的位置
        return true;
    }
    
    /** Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element. */
    bool remove(int val) {
        if (dict.find(val) == dict.end()) { // 不存在
            return false;
        }
        // 把要删除的val换到最后
        int lastElement = nums.back();
        dict[lastElement] = dict[val];
        nums[dict[val]] = lastElement;
        // 删除最后一个元素
        nums.pop_back();
        dict.erase(val);
        return true;
    }
    
    /** Get a random element from the set. */
    int getRandom() {
        if (nums.empty()) {
            return -1;
        }
        return nums[rand() % nums.size()];
    }
private:
    unordered_map<int, int> dict{};
    vector<int> nums{};
};

/**
 * Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedSet* obj = new RandomizedSet();
 * bool param_1 = obj->insert(val);
 * bool param_2 = obj->remove(val);
 * int param_3 = obj->getRandom();
 */

// 变长数组中存储元素，哈希表中存储每个元素在变长数组中的下标。
class RandomizedSet {
public:
    RandomizedSet() {
        srand((unsigned)time(NULL));
    }

    bool insert(int val) {
        if (indices.count(val) != 0) {
            return false;
        }
        int index = nums.size();
        nums.emplace_back(val);
        indices[val] = index;
        return true;
    }

    // 删除操作的重点在于将变长数组的最后一个元素移动到待删除元素的下标处，然后删除变长数组的最后一个元素。
    bool remove(int val) {
        if (indices.count(val) == 0) {
            return false;
        }
        int index = indices[val];
        int last = nums.back();
        nums[index] = last;
        indices[last] = index;
        nums.pop_back();
        indices.erase(val);
        return true;
    }

    int getRandom() {
        int randomIndex = rand()%nums.size();
        return nums[randomIndex];
    }

private:
    vector<int> nums;
    unordered_map<int, int> indices;
};
